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1、第8章 建筑屋面雨水排水系统,8.1建筑雨水排水系统的分类与组成,8.1 建筑雨水排水系统分类,降落在建筑物屋面的雨水和雪水，特别是暴雨，在短时间内会形成积水，需要设置屋面雨水排水系统，有组织、有系统的将屋面雨水及时排除到室外，否则会造成四处溢流或屋面漏水，影响人们的生活和生产活动。,建筑屋面雨水排水系统的分类与管道的设置、管内的压力、水流状态和屋面排水条件等有关。,8.1 建筑雨水排水系统分类,8.1 建筑雨水排水系统分类,8.1 建筑雨水排水系统分类,8.1 建筑雨水排水系统分类,8.1 建筑雨水排水系统分类,8.1 建筑雨水排水系统分类,屋面雨水排水系统,外排水,内排水,檐沟外排水,天沟
2、外排水,重力流排水,压力流排水,（虹吸）,8.1 建筑雨水排水系统分类,当建筑屋面面积较小时，在屋檐下设置汇集屋面雨水的沟槽，称为檐沟排水。在面积大且曲折的建筑物屋面设置汇集屋面雨水的沟槽，将雨水排至建筑物的两侧，称为天沟排水。,外排水,檐沟外排水,天沟外排水,8.1 建筑雨水排水系统的组成,6.1.2 建筑雨水外排水系统,普通外排水由檐沟和敷设在建筑物外墙的立管组成，见图6-1。降落到屋面的雨水沿屋面集流到檐沟，然后流入隔一定距离设置的立管排至室外的地面或雨水口。,1.檐沟外排水,女儿墙,6-1普通外排水,檐沟就是现在坡屋顶上面的装饰瓦之间的沟 以及檐口滴水线下的沟,一般用于居住建筑，屋面面
3、积比较小的公共建筑和单跨工业建筑，屋面雨水汇集到屋顶的檐沟里，然后流入雨落管，沿雨落管排泄到地下管沟或排到地面。雨水立管多采用塑料管，断面为圆形或矩形。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,立管连接雨水斗并沿外墙布置。降落到屋面上的雨水沿坡向天沟的屋面汇集到天沟，再沿天沟流至建筑物两端(山墙、女儿墙)，流人雨水斗，经立管排至地面或雨水井。天沟外排水系统适用于长度不超过100m的多跨工业厂房。,天沟,溢流口,山墙,泄压管,消能池,检查井,雨水斗,图6-2天沟外排水(-剖面),2.天沟外排水,天沟就是屋顶排水的沟.,天沟外排水由天沟、雨水斗和排水立管组成。天沟设置在两跨
4、中间并坡向端墙，雨水斗设在伸出山墙的天沟末端，也可设在紧靠山墙的屋面，见图6-2。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,天沟的排水断面形式应根据屋面情况而定，一般多为矩形和梯形。,图6-2 天沟外排水(平面),女儿墙,分水线,沉降缝,天沟,雨水斗,立管,检查井,室外雨水管,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,天沟应以建筑物伸缩缝、沉降缝和变形缝为屋面分水线，在分水线两侧分别设置天沟。,天沟坡度不宜太大，以免天沟起端屋顶垫层过厚而增加结构的荷重，但也不宜太小，以免天沟抹面时局部出现倒坡，使雨水在天沟中积存，造成屋顶漏水，天沟坡度一般在0.0030.006之间。,天沟外排水
5、管道不穿过屋面，排水安全可靠，不会因施工不善造成屋面漏水或检查井冒水。,且节省管材，施工简便，有利于厂房内空间利用，也可减小厂区雨水管道的埋深。但因天沟有一定的坡度，而且较长，排水立管在山墙外，也存在着屋面垫层厚，结构负荷增大；晴天屋面堆积灰尘多，雨天天沟排水不畅；寒冷地区排水立管可能冻裂的缺点。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,3.内排水,内排水系统一般由雨水斗、连接管、悬吊管、立管、排出管、埋地干管和附属构筑物几部分组成，如图6-3。,图6-3-剖面,8.1 建筑雨水排水系统的组成,降落到屋面上的雨水，沿屋面流入雨水斗，经连接管、悬吊管、流入立管，再经排出管
6、流人雨水检查井，或经埋地干管排至室外雨水管道。对于某些建筑物，由于受建筑结构形式、屋面面积、生产生活的特殊要求以及当地气候条件的影响，内排水系统可能只有其中的部分组成。,内排水系统适用于跨度大、特别长的多跨建筑，在屋面设天沟有困难的锯齿形、壳形屋面建筑，屋面有天窗的建筑，建筑立面要求高的建筑，大屋面建筑及寒冷地区的建筑，在墙外设置雨水排水立管有困难时，也可考虑采用内排水形式。,雨水斗是一种雨水由此进入排水管道的专用装置，设在天沟或屋面的最低处。实验表明有雨水斗时，天沟水位稳定、水面旋涡较小，水位波动幅度小，掺气量较小；无雨水斗时，天沟水位不稳定，水位波动幅度为大，掺气量较大。,8.1 建筑雨水
7、排水系统的组成,雨水斗,雨水斗有重力式和虹吸式两类，见图6-4。,图6-4,8.1 建筑雨水排水系统的组成,重力式雨水斗由顶盖、进水格栅（导流罩）、短管等构成，进水格栅既可拦截较大杂物又对进水具有整流、导流作用。,重力式雨水斗有65式、79式和87式3种，其中87式雨水斗的进出口面积比（雨水斗格栅的进水孔有效面积与雨水斗下连接管面积之比）最大，掺气量少，水力性能稳定，能迅速排除屋面雨水。,重力式雨水斗,87式,为避免在设计降雨强度下雨水斗掺入空气，虹吸式雨水斗设计为下沉式。挟带少量空气的雨水进入雨水斗的扩容进水室后，因室内有整流罩，雨水经整流罩进入排出管，挟带的空气被整流罩阻挡，不易进入排水管
8、。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,虹吸式雨水斗,虹吸式雨水斗由顶盖、进水格栅、扩容进水室、整流罩（二次进水罩）、短管等组成。,虹吸式雨水斗,8.1 建筑雨水排水系统的组成,(2)连接管,在阳台、花台和供人们活动的屋面，可采用无格栅的平箅式雨水斗。平箅式雨水斗的进出口面积比较小，在设计负荷范围内，其泄流状态为自由堰流。,连接管是连接雨水斗和悬吊管的l段竖向短管。连接管一般与雨水斗同径，连接管应牢固固定在建筑物的承重结构上，下端用斜三通与悬吊管连接。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,(3)悬吊管,悬吊管是悬吊在屋架、楼板和梁下或架空在柱上的雨水横管。悬吊管连接雨水斗和排水立管，其管径不小于连接管
9、管径，也不应大于300mm。塑料管的最小设计坡度不小于0.005；铸铁管的最小设计坡度不小于0.01。在悬吊管的端头和长度大于15m的悬吊管上设检查口或带法兰盘的三通，位置宜靠近墙柱，以利检修。,连接管与悬吊管，悬吊管与立管间宜采用45o三通或90o斜三通连接。悬吊管一般采用塑料管或铸铁管，固定在建筑物的桁架或梁上，在管道可能受振动或生产工艺有特殊要求时，可采用钢管，焊接连接。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,(4)立管,雨水排水立管承接悬吊管或雨水斗流来的雨水，一根立管连接的悬吊管根数不多于两根，立管管径不得小于悬吊管管径。立管宜沿墙、柱安装，在距地面1m处设检查口。立管的管材和接口与悬吊管
10、相同。,排出管是立管和检查井间的一段有较大坡度的横向管道，其管径不得小于立管管径。,(5)排出管,8.1 建筑雨水排水系统的组成,埋地管敷设于室内地下，承接立管的雨水，并将其排至室外雨水管道。埋地管最小管径为200mm，最大不超过600mm。埋地管一般采用混凝土管，钢筋混凝土管或陶土管，管道坡度按表5-5生产废水管道最小坡度设计。,(6)埋地管,135,排出管与下游埋地干管在检查井中宜采用管顶平接，水流转角不得小于135。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,(7)附属构筑物,附属构筑物用于埋地雨水管道的检修、清扫和排气。主要有检查井、检查口井和排气井。,检查井适用于敞开式内排水系统，设置在排出管
11、与埋地管连接处，埋地管转弯、变径及超过30m的直线管路上。检查井井深不小于0.7m，井内采用管顶平接，井底设高流槽，流槽应高出管顶200mm。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,排气井,埋地管起端检查井与排出管间应设排气井，见图6-5。,水流从排出管流人排气井，与溢流墙碰撞消能，流速减小，气水分离，水流经格栅稳压后平稳流人检查井，气体由放气管排出。密闭内排水系统的埋地管上设检查口，将检查口放在检查井内，便于清通检修，称检查口井。,图6-5排气井,8.1 建筑雨水排水系统分类,按雨水在管道内的流态分为重力无压流、重力半有压流和压力流。,重力无压流是指雨水通过自由堰流入管道，在重力作用下附壁流动，管
12、内压力正常，这种系统也称为堰流斗系统。重力半有压流是指管内气水混合，在重力和负压抽吸双重作用下流动，这种系统也称为87雨水斗系统。压力流是指管内充满雨水，主要在负压抽吸作用下流动，这种系统也称为虹吸式系统。,内排水,重力流排水（重力无压、重力半有压）,压力流排水（虹吸）,目前，屋面雨水排水通常采用的方式称为“重力式排水系统”。这是经几十年沿用下来的传统方式，该系统由普通雨水斗、雨水立管、埋地汇总管组成。,重力排水系统 一例,8.1 建筑雨水排水系统的组成,重力流系统在重力流系统中，水沿着立管的管壁留下一般情况下，管材断面约1/3为水，2/3为空气,概念上,如果管中没有空气，那么用传统管径的1/
13、3的管道就能排相同的水量.,8.1 建筑雨水排水系统的组成,满管流通过用一根塑料管从鱼缸往低处的杯子里吸水时，我们可以观察到虹吸现象.,8.1 建筑雨水排水系统的组成,随着时代的前进，当今建筑物正朝着“大面积”、“大体量”的方向发展。在会馆、展馆、体育场馆、大型厂房及候机楼、飞机库等大型工业和民用建筑中，屋面面积很大，这势必导致雨水管道增多，管径增大，影响建筑物的美观和实用。,因此，传统的屋面排水系统已显得不相适应了。,人们发现，利用“虹吸”原理，可以解决大面积屋面排水问题。于是，一种“虹吸式屋面雨水排水系统”近十几年来在国际上迅速发展起来，现已渐渐在国内建筑物上有所应用。,8.1 建筑雨水排
14、水系统的组成,气旋会将空气带入管道内,8.1 建筑雨水排水系统的组成,最终解决,反气旋强制虹吸挡板Anti-vortex plate,当斗前汇水深度达到一定的高度，就会产生虹吸，并且这一深度是固定的，可控的。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,传统重力式:,低效排水,管径大，需1-3%的坡度,材料多，立管数量多，安装复杂,管径小，无需坡度，美观节省空间,更少的材料,更少的地面开挖工作,虹吸式：建筑设计更为自由,高效排水,8.1 建筑雨水排水系统的组成,雨水立管比较：重力流排水系统为保证各个雨水斗的雨水能够正常排放，因而限定一根雨水悬吊管的雨水斗的数量不得超过4个，
15、这也导致了雨水悬吊管和雨水立管数量的增加；而虹吸排水系统悬吊管接入雨水斗的数量不受限制，节省了不少的雨水立管。,重力流排水,虹吸排水,8.1 建筑雨水排水系统的组成,重力流雨水系统,8.1 建筑雨水排水系统的组成,虹吸雨水排水系统,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,装配快更少的屋顶固定点热膨胀被吸收无需膨胀节适合预制安装,8.1 建筑雨水排水系统的组成,虹吸雨水排放系统最早应用于欧洲，从20世纪60年代起步，发展到现在已经有近50年的历史了，而我国直到90年代初才从德国引进。经过十几年大量的试验和深入的研究，我国已经成功的研制出压力流（虹吸）屋面雨水排放系统。虹吸
16、式雨水排放系统适用于工业厂房、库房、公共建筑的大型屋面雨水的排放。目前，很多高层住宅项目也广泛的采用该系统。其关键技术为不掺气的新型雨水斗，该种雨水斗采用特殊的构造，使雨水在进入雨水排放系统前得到整流，最大限度地将空气隔离在雨水排放系统之外，为系统内形成满管流提供条件。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,半有压流（87型斗）雨水系统。指使用65型、87型雨水斗系统，设计流态是半有压流态，系统的流量负荷、管道布置等考虑了水流压力的作用。目前在我国应用普遍。,重力流排水（重
17、力无压、重力半有压）,8.1 建筑雨水排水系统的组成,8.1 建筑雨水排水系统的组成,建筑雨水排水系统的选择,选择建筑物屋面雨水排水系统时应根据建筑物的类型、建筑结构形式、屋面面积大小、当地气候条件以及生活生产的要求，经过技术经济比较，本着既安全又经济的原则选择雨水排水系统。,外排水系统优于内排水系统。堰流斗重力流排水系统的安全可靠性最差。,安全的含义是指能迅速、及时地将屋面雨水排至室外，屋面溢水频率低，室内管道不漏水，地面不冒水。,8.1 建筑雨水排水系统的组成,虹吸式系统泄流量大管径小造价最低，87斗重力流系统次之，堰流斗重力流系统管径最大，造价最高。,经济是指在满足安全的前提下，系统的造
18、价低，寿命长。,6.1建筑雨水排水系统的分类与组成6.1.3 建筑雨水排水系统的组成,屋面集水,建筑屋面内排水、长天沟外排水,大型屋面的库房、公共建筑内排水,檐沟外排水,阳台雨水,优先考虑天沟形式，雨水斗置于天沟内。,一般宜采用重力半有压流系统,宜采用虹吸式有压流系统,宜采用重力无压流系统,应自成系统排到室外，不得与屋面雨水系统相连接,8.1 建筑雨水排水系统的组成,屋面集水,建筑屋面内排水、长天沟外排水,大型屋面的库房、公共建筑内排水,檐沟外排水,阳台雨水,优先考虑天沟形式，雨水斗置于天沟内。,一般宜采用重力半有压流系统,宜采用虹吸式有压流系统,宜采用重力无压流系统,应自成系统排到室外，不得
19、与屋面雨水系统相连接,第8章 建筑屋面雨水排水系统,8.3 雨水排水系统的水力计算,8.3.1 雨水量计算,屋面雨水排水系统雨水量的大小是设计计算雨水排水系统的依据，其值与该地暴雨强度q、汇水面积F以及径流系数有关，屋面径流系数一般取0.9。,设计暴雨强度公式中有设计重现期P和屋面集水时间t两个参数。设计重现期应根据建筑物的重要程度、气象特征确定，一般性建筑物取25年，重要公共建筑物不小于10年。由于屋面面积较小，屋面集水时间应较短，因为我国推导暴雨强度公式实测降雨资料的最小时段为5min，所以屋面集水时间按5min计算。,1设计暴雨强度 q,8.3.1 雨水量计算,屋面雨水汇水面积较小，一般
20、按m2计。对于有一定坡度的屋面，汇水面积不按实际面积而是按水平投影面积计算。考虑到大风作用下雨水倾斜降落的影响，高出屋面的侧墙，应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。窗井、贴近高层建筑外墙的地下汽车库出入口坡道应附加其高出部分侧墙面积的二分之一。同一汇水区内高出的侧墙多于一面时，按有效受水侧墙面积的12折算汇水面积。,2汇水面积 F,8.3.1 雨水量计算,雨水量可按以下两个公式计算：,3.雨水量计算公式,式中 径流系数，屋面取0.9；Q 屋面雨水设计流量，L/s；F 屋面设计汇水面积，m2；qs 当地降雨历时5min时的暴雨强度，L/s 104m2；hs 当地降雨历时5min时
21、的小时降雨深度，mm/h；,8.3.2 系统计算原理与参数,雨水斗的泄流量与流动状态有关，重力流状态下，雨水斗的排水状况是自由堰流，通过雨水斗的泄流量与雨水斗进水口直径和斗前水深有关，可按环形溢流堰公式计算,1.雨水斗泄流量,式中 Q 通过雨水斗的泄流量，m3/s；雨水斗进水口的流量系数，取0.45；D雨水斗进水口直径，m；h雨水斗进水口前水深，m。,（6-3）,8.3.2 系统计算原理与参数,各种类型雨水斗的最大泄流量可按表6-1选取。,雨水斗最大泄流量（L/s）表6-1,8.3.2 系统计算原理与参数,87式多斗排水系统中，一根悬吊管连接的87式雨水斗最多不超过4个，离立管最远端雨水斗的设
22、计流量不得超过表中数值，其他各斗的设计流量依次比上游斗递增10。,屋面天沟为明渠排水，天沟水流流速可按明渠均匀流公式计算,2.天沟流量,（6-5）,（6-6）,8.3.2 系统计算原理与参数,式中 Q 天沟排水流量（m3/s）；v流速（m3/s）；n天沟粗糙度系数，与天沟材料及施工情况有关，见表6.3.2；I天沟坡度，不小于0.003；w天沟过水断面积，（m2）,各种抹面天沟粗糙度系数 表6-2,8.3.2 系统计算原理与参数,横管包括悬吊管、管道层的汇合管、埋地横干管和出户管，横管可以近似地按圆管均匀流计算：,3.横管,（6-7）,（6-8）,Q=v,将各个参数代入6-7和6-8式，计算出不
23、同管径、不同坡度时非满流（h/D0.8）横管（铸铁管、钢管、塑料管）和满流横管（混凝土管）的流速和最大泄流量，见附录8-4、附录8-5、附录8-6。,8.3.2 系统计算原理与参数,4.立管,（6-10）,重力半有压流立管的最大允许泄流量 表6-3,8.3.2 系统计算原理与参数,溢流口的功能主要是雨水系统事故时排水和超量雨水排除。按最不利情况考虑，溢流口的排水能力应不小于50年重现期的雨水量。溢流口的孔口尺寸可按下式近似计算。,5.溢流口计算,（6-18）,8.3.2 系统计算原理与参数,根据屋面坡度和建筑物立面要求，布置立管，立管间距812米；计算每根立管的汇水面积；求每根立管的泄水量；按
24、堰流式斗雨水系统查附录6-4确定立管管径。,1.普通外排水系统(宜按重力无压流系统设计),6.3.3 设计计算步骤,设计计算步骤,确定分水线求每条天沟的汇水面积F；求5分钟的暴雨强度q5；求天沟设计流量Q设；初步确定天沟形状和几何尺寸；求天沟过水断水面积；求流速V；求天沟允许通过的流量Q允；,其设计计算步骤为：,设计计算步骤,若天沟的设计流量Q设小于等于天沟允许通过的流量Q允，确定立管管径；若天沟的设计流量Q设大于天沟允许通过的流量Q允，改变天沟的形状和几何尺寸，增大天沟的过水断水面积，重新计算。,某一般性公共建筑全长90m，宽72m。利用拱型屋架及大型屋面板构成的矩形凹槽作为天沟，向两端排水
25、。每条天沟长45m，宽B0.35m，积水深度H0.15m，天沟坡度I0.006，天沟表面铺设豆石，粗糙度系数n0.025。屋面径流系数0.9，天沟平面布置见图6-10。根据该地的气象特征和建筑物的重要程度，设计重现期取4年，5min暴雨强度为243(Ls104m2)，验证天沟设计是否合理，选用雨水斗，确定立管管径和溢流口的泄流量。,【例6-1】,设计计算步骤,解.天沟过水断面积BH=0.350.150.0525（m2）.天沟的水力半径.天沟的水流速度.天沟允许泄流量.每条天沟的汇水面积,.天沟的雨水设计流量 天沟允许泄流量大于雨水设计流量，满足要求。.雨水斗的选用按重力半有压流设计，查表选用150mm87 式雨水斗，最大允许泄流量26（L/s），满足要求。.立管选用 按每根立管的雨水设计流量17.71 L/s查表，立管可选用100mm。但单斗系统雨落水管管径不得小于雨水斗口径，所以，雨落水管选用150mm。,设计计算步骤,.溢流口计算 在天沟末端山墙上设溢流口，溢流口宽取0.35m，堰上水头取0.15m,溢流口排水量 溢流口排水量大于雨水设计流量，即使雨水斗和雨落水管被全部堵塞，也能满足溢流要求，不会造成屋面水淹现象。,设计计算步骤,
